中國粉體網訊 石英是自然界中最常見的礦物之一，是一組由二氧化硅（SiO2）組成礦物的學名，廣泛應用在玻璃、建筑、寶玉石裝飾等傳統行業。20世紀60年代以來，計算機、新材料、新能源等新興技術對石英產品的純度提出更高要求，誕生了高純石英的概念。
圖片來源：Pexels
高純石英是國家戰略性產業和支柱性產業發展過程中不可替代的基礎性材料，是半導體芯片、太陽能光伏、光纖通信、航空航天、精密光學和特種玻璃等高新技術產業不可缺少且無法替代的重要功能性材料，是真正“卡脖子”的礦物資源。在自然界中，雖然石英的分布非常廣泛，但純度很高的高純石英卻很稀有。
1 什么是高純石英？
高純石英是天然形成的(如水晶)或由較純凈的石英原料提純加工而成的高品質石英。由于不同產業對石英的質量要求千差萬別，所以，時至今日全世界也沒有統一的高純石英質量標準。
挪威和美國一些學者依據用在半導體和光伏產業的石英玻璃的質量要求，認為石英的雜質總含量要小于百萬分之50，也就是說SiO2的純度要達到99.995%以上，才能稱為高純石英。我國一些學者認為SiO2純度達到99.9%或者99.99%以上的石英，就是高純石英。
圖片來源：太平洋石英
一般來說，石英的純度越高，雜質元素含量越低，質量就越好。這是因為，純度高的石英具有更好的耐高溫、耐腐蝕、低熱膨脹性、高絕緣性和透光性等特性，才能滿足半導體芯片、太陽能光伏、精密光學等高科技產業的質量要求。
2 高純石英的戰略意義
早在2011年，國務院辦公廳發布《找礦突破戰略行動綱要(2011～2020年)》就明確將高純石英等作為戰略性新興產業所需的礦產。在2017～2019年版《重點新材料首批次應用示范指導目錄》中也多次提到高純石英及其原料。相關文件《建材工業發展規劃（2016—2020）》《產業關鍵共性技術發展指南（2017年）》《產業結構調整指導目錄（2019年）》《鼓勵外商投資產業目錄（2019年）》等也大力支持高純石英的發展。2020年四部委聯合出臺的《關于擴大戰略性新興產業投資培育壯大新增長點增長極的指導意見》中，也明確要求聚焦重點產業領域，加快重點材料、關鍵芯片、高端元器件等核心技術的攻關。高純石英及其原料與這些領域息息相關，目前與高純石英有關的部分核心技術尚未取得突破，有必要將高純石英相關的核心技術上升到國家戰略的角度進行攻關。
圖片來源：Pexels
另外，中國高純石英及其原料的供應風險較高。一方面，其資源主要集中在國外生產，國內生產的比例較低，隨著中國制造2025的不斷推進，高純石英及其原料的供需矛盾也將愈發突出；另一方面，由于受政治局勢的影響，其貿易通道具有較大的不安全性，未來高純石英及其原料的供應將面臨巨大的風險。從經濟價值的角度來看，這一類資源對我國戰略性新興產業的發展具有重要的作用。雖然所占的比例不高，但如果這一類資源的供應受到限制，將直接影響到戰略性新興產業的高效有序發展。
3 高純石英的制備
高純石英的制備方法主要有3大類，分別為天然水晶粉磨加工、石英礦物深度提純及化學加工合成。
3.1 天然水晶粉磨加工
高純石英最初是從一、二級天然水晶中深度提純得到的，天然水晶制備高純石英砂工藝較為簡單，水晶原礦經過粉碎、磁選、浮選、酸浸、干燥、焙燒后得到成品石英砂。
但目前我國水晶資源逐漸匱乏，成本越來越高；且生產過程中雜質含量高、能耗高、產品質量穩定性差。目前，我國提純高純石英的一、二級水晶主要來自江蘇東海，單價約為30.0~40.0元/kg，且該地區規模較大的一、二級水晶礦業基本枯竭。
3.2 石英礦物深度提純
由于天然石英礦物價格低、資源相對豐富，制備過程污染小等優點，目前高純石英砂主要是從石英礦物中提純。
石英礦物深度提純主要是除去其中少量或微量雜質，獲得高純石英，常用擦洗、重選、磁選、浮選、酸浸、高溫氯化等選礦工藝。根據當前技術水平，人們可以從脈石英、石英巖、粉石英和偉晶巖等礦產資源中，甚至是一些金屬礦的尾礦中提純出高純石英。在眾多石英礦物礦床中，花崗偉晶巖是最為理想的提純高純石英的礦物。
然而，全球能夠加工成高純石英原料資源分布較少，且不均勻。
3.3 高純石英化學加工方法
近年來關于化學合成法制備高純石英的研究逐漸受到國內外的重視。目前，高純石英的化學加工方法主要有氣相合成法、化學沉淀法、溶膠-凝膠法、四氯化硅液相水解法等。
目前，全球高純合成石英材料主要生產企業包括美國康寧公司、德國賀利氏、日本東曹株式會社、日本信越石英株式會社以及國內的菲利華。
4 我國高純石英現狀
由于生產原料的特殊性和技術保密等原因，高純石英及其原料的生產和出口高度集中在世界少數國家和企業中，其中高端的加工提純技術和產品主要被美國等發達國家所掌握，我國的高端高純石英主要依靠進口。
2019年全球高純石英進口量20.54萬t，其中中國進口量為14.45萬t，是全球第一大高純石英進口國，占全球進口總量的70.35%。在中國高純合成石英市場，美國康寧公司高純合成石英產品占比最高，達33.4%；德國賀利氏在中國高純合成石英市場占比21.0%；日本東曹株式會社的高純合成石英產品占國內市場的16.9%；國內企業菲利華的高純合成石英目前國內市場占比9.8%左右。
高純石英產品質量受高純石英原料資源質量控制。當前我國對高純石英原料的勘查評價工作不多，至今尚沒有發現規模大、質量穩定的高純石英原料礦床，無法為生產企業提供質量穩定的高純石英原料。我國高純石英的產能并不能滿足市場的需求，供需矛盾將逐步凸顯。
5 高純石英應用
半導體、光通訊、光伏、光學、電光源等行業和領域是支撐戰略性新興產業發展的重要領域，是建設重大工程、改善民生、鞏固國防軍工的重要保障，在國民經濟建設中占有重要的地位，高純石英被廣泛應用在這些行業和領域中，是這些領域所需求的稀缺類共性高增值礦物資源。
高純石英制品主要應用領域
注：①表示SiO2含量99.995%；②表示SiO2含量99.998%。
參考來源：
【1】王自國.我國高純石英產業戰略布局思考.中國礦業.2021.
【2】王九一.高純石英——二氧化硅中的“大熊貓”.地球.2022.
【3】立木信息咨詢.《2022年中國高純合成石英行業市場發展概況》
【4】郝文俊，等.全球高純石英資源現狀、生產、消費及貿易格局.中國非金屬礦工業導刊.2020.
【5】李光惠，等.高純石英原料作為戰略性礦產的分析及建議.中國非金屬礦工業導刊.2020.
【6】王自國，等.我國石英價格波動原因分析.中國煤炭地質.2021.
【7】顏玲亞，等.中國高純石英資源開發利用現狀及供需形勢.國土資源情報.2020.
【8】李愛民，等.高純石英的制備技術和應用.有色設備.2021.
（中國粉體網編輯整理/星耀）
注：圖片非商業用途，存在侵權請告知刪除！
